[01923594]微生物合成β-榄香烯技术

β-榄香烯（β-elemene, C15H24）是从我国传统中药温郁金中提取的国家二类抗肿瘤药物，具有低毒、广谱和可破血脑屏障等优异特性，并对213种疾病存在高相关性潜在治疗效果。目前，临床使用的榄香烯均从植物中提取，由于其提取分离工艺极为复杂，且大多为β-，γ-， δ-榄香烯混合物，导致其价格昂贵，严重限制了榄香烯类抗癌药物的推广和应用。化学合成方法受原料来源、产品得率、污染排放等因素制约已逐渐被生物合成取代。然而，天然萜烯合酶因其催化效率低、产物专一性差等问题阻碍了其在工业中应用。针对以上情况，本项目从合成生物学改造与关键工艺优化两方面入手展开研究，利用人工智能、生物计算和酶生物催化等技术，获得了催化效率和专一性提高的吉玛烯A（β-榄香烯前体）合酶，并构建了具有自主知识产权的高产β-榄香烯的大肠杆菌工程菌株。随后，通过发酵控制优化，实现了目标产物β-榄香烯的高效合成，5 L发酵罐产量达到32.43 g/L，为目前全球报道微生物合成β-榄香烯的最高产量。

性能指标：

本项目以廉价的可再生糖为原料，优选大肠杆菌为宿主合成β-榄香烯，在5 L发酵罐发酵产量达到32.43 g/L，为目前全球报道微生物合成β-榄香烯的最高产量。

项目阶段与进展

针对萜烯合酶资源缺乏、天然萜烯合酶催化效率低/产物专一性差等问题，开展以下研究：

（1）通过数据库搜索、序列比对、分子模拟等寻找潜在的萜烯合酶基因，合成候选基因，构建代谢通路，并进行发酵验证；

（2）通过生物计算、分子对接、关键氨基酸位点预测与改造、菌株构建与发酵验证，获得催化效率和产物专一性提高的萜烯合酶，并通过代谢网络调控、细胞工厂性能提升等手段，进一步获得高产菌株。

（3）优化发酵控制，开发发酵分离耦合及产品分离纯化等关键技术。目前已获得β-榄香烯高产菌株，完成小试水平生产验证，产量达到32.43 g/L。